Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

Тема 2. Метрологическое обеспечение управления качеством. (Курс лекции)

Основное содержание и цель лекции.

Целью лекции является ознакомление студентов с основами метрологического обеспечения управления качеством. В лекции рассмотрены специфические черты организации измерений, средств измерений и оценки результатов измерений в издательско-полиграфическом деле.

Информация, изложенная в лекции, предоставляет студенту возможность сформировать такие группы компетенций :

1) аналитические компетенции , связанные с анализом видов измерений, процесса организации измерений и средств измерительной техники в издательско-полиграфическом деле;

2) проектные компетенции , связанные с определением структуры метрологического обеспечения в конкретных управленческих задачах по менеджменту качества;

3) управленческие компетенции , связанные с управлением процессом организации измерений в полиграфии;

4) технические компетенции , связанные с учетом параметров средств измерений и погрешностей измерений при управлении качеством полиграфической продукции. Технологический процесс создания и печатных, и мультимедийных изданий предполагает проведение множества различных измерений, предназначенных для получения объективной информации о качественном состоянии объектов и процессов.

Такие измерения:

1) важны, так как оценка качества продукции является неотъемлемой ' емким элементом любой системы управления качеством, так как для того, чтобы управлять каким-либо процессом, надо, прежде всего, уметь измерять его параметры.

2) сложные, потому что:

а) Готовая продукция в основном оценивается по психофизиологическим законам потребителя . Это значительно затрудняет возможность объективной оценки продукции и требует объединения объективных и субъективных методов. Высокое качество продукции может быть достигнуто только там, где измерения является неотъемлемой частью технологического процесса.

б) Полиграфия относится к химико-технологическим производствам, ее особенность заключается в использовании разнообразных технологических процессов и материалов.

Теоретической базой проведения измерений и работы с измерительной техникой является наука метрология.

Метрологическое обеспечение - деятельность по разработке и применению норм и правил, а также средств измерений, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений. Метрологическое обеспечение (МО) состоит из научной, законодательной, нормативно, технической и организационной основ.

Научной основой МО является метрология.

Нормативную основу МЗ составляют государственные стандарты и другие нормативные документы государственной системы обеспечения единства измерений, соответствующие нормативные документы, методические указания и рекомендации. Техническую основу МЗ составляют: система государственных эталонов единиц физических величин, которая обеспечивает их воспроизведение с наивысшей точностью; система государственных эталонов и образцовых средств измерений; система стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов; система рабочих средств измерений.

Метрологическая служба - система специальных уполномоченных лиц и организаций, деятельность которых направлена на обеспечение единства измерений .

Организация измерений

Процесс выполнения измерений состоит из трех этапов:

1. Подготовка к измерениям предвидение требований к точности измерений; выбор принципов и методов измерения; выбор средств измерения; отработки методики измерения

2. Проведение замеров (согласно сложившейся методике)

3. Обработка результатов измерений исключения систематических погрешностей оценка случайных погрешностей на основе статистической обработки результатов измерений

Измерения можно проводить и без измерительных приборов. Пример - психологическое тестирование, измерение уровня чувства юмора и т.д.

Измерение - это процесс приписывания объектам чисел так, чтобы в отношениях чисел отражались отношения между измеряемыми объектами. При оценке качества продукции приходится иметь дело измерениями, основанными на выборочном методе и анализе случайных величин .

Когда это происходит:

1) когда нужно исследовать характеристики очень большой совокупности объектов;

2) когда измерения проводятся с помощью измерительных приборов.

Основными задачами, которые приходится решать при обработке результатов измерений, являются:

1) при исследовании большой совокупности объектов по помощью выборочного метода основная задача - определить характеристики генеральной совокупности;

2) при использовании средств измерений основная задача - определить погрешность измерения и истинное значение измеряемой величины.

Виды измерений

По способам получения результатов различают прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения.

Прямое измерение - измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. При этом измеряемую величину сравнивают с мерой с использованием измерительных приборов.

Пример: измерение длины страницы линейкой, измерение оптической плотности денситометром.

Косвенное измерение - измерение, при котором искомое значение величины определяют на основании результатов прямых измерений других величин, функционально связанных с искомой величиной .

Общие измерения - измерения одновременно двух или нескольких разноименных величин с целью нахождения зависимости между ними Например, нахождение зависимости удлинения тела от температуры.

Совокупные измерения - измерения нескольких одноименных величин, значения которых находят решением системы уравнений, получаемых в результате прямых измерений различных сочетаний этих величин Например, калибровка набора гирь, когда значения масс гирь находят на основании прямого измерения массы одного из них и сравнения масс различных сочетаний гирь.

По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения делятся на статические и динамические.

Статическое измерение - измерение величины, которую можно считать неизменной при измерении. Например, измерение размеров книжной страницы.

Динамическое измерение - измерение величины, которая изменяется за время измерения. Например измерения влажности бумаги при сушке, измерения вибрации. С точки зрения способа выражения результатов измерений выделяют относительное и абсолютное измерение.

Относительное измерение - измерение отношение величины к другой однородной величине (которая играет роль единицы или выходной). Например, определение отношения величины изменения размеров печатных элементов на офсетной форме до размеров тех же элементов на фотоформе.

Абсолютное измерение - измерение, основанное на прямых измерениях основных величин или на использовании физических констант. Например, определение количества вещества - в молях, объема раствора - в м3.

В зависимости от точности измерения разделяют на:

Измерение максимально возможной точности - измерения, точность которого достижима при существующем уровне техники. В первую очередь, это эталонные или специальные, особо точные измерения.

Контрольное измерение - измерение, погрешность которого не должна превышать некоторого заданного значения. Такие измерения проводятся лабораториями государственного метрологического надзора с использованием образцовых средств вычислительной техники.

Техническое измерение - измерение, погрешность результата которого зависит от точности средств измерений. Осуществляется в производственных условиях.

Средства измерительной техники Измерение физических величин обычно осуществляется путем эксперимента и вычислений с помощью специальных технических средств. В зависимости от вида измеряемых величин, необходимой точности их, условий проведения эксперимента и вида необходимой информации используются различные средства измерительной техники, которые выдают соответствующие сигналы измерительной информации. Любое физическое измеряемая величина благодаря средствам измерения превращается в соответствующий сигнал, наблюдатель воспринимает непосредственно на шкале прибора, или после преобразования и обработки передается через каналы связи на другие средства измерения в виде сигнала совершенно другой физической величины.

Средство измерений ( СИТ) - техническое средство, которое применяется при измерении физических величин и имеет нормированные метрологические характеристики. К средствам измерительной техники относятся средства измерений и измерительные приборы.

Средство измерений - средство измерений, реализующий процедуру измерений. К средствам измерений относятся кодирующие, регистрирующие средства измерений, измерительные приборы, каналы, установки и системы.

Измерительное устройство - средство измерений, в котором выполняется лишь одна из составных частей процедуры измерений. Например преобразование, масштабирование, сравнения, вычисления сигнала и другие операции с сигналом.

При измерениях с помощью измерительных приборов решаются следующие задачи:

- Выявление промахов;

- Определение погрешности измерительного средства;

- Определение истинного значения измеряемой величины.

- Оценка точности полученных данных при заданной количества измерений;

- Определение минимального количества измерений, которое гарантирует их необходимых точность.

Средства измерительной техники в издательско-полиграфическом деле

Контрольно-измерительные приборы и устройства, применяемые в полиграфическом производстве, делятся на несколько основных групп:

• приборы для измерения механических величин, геометрических размеров, времени, скорости, массы, плотности, твердости, прочности материалов и т.п.;

• приборы для контроля влажности и теплотехнических величин (термометры, гигрометры, влагомеры и т. д.);

• приборы для контроля оптических и световых величин (денситометры, фотометрия и колориметры для измерения насыщенности и цвета печатных оттисков, оптических свойств бумаги и т. п.);

• приборы для измерения и контроля электрических и магнитных величин;

• приборы для измерения физико-химических свойств растворов, применяемых в полиграфии;

• приборы для измерения параметров технологических процессов в полиграфии (стробоскопические исследования, дефектоскопия, акустические измерения, контроль качества печати и др..)

• приборы для контроля свойств бумаги, типографских красок, клея и пластмасс.

В первой группе наибольший объем занимают приборы для измерения механических параметров: длины, углов, объема. В процессе наладки и эксплуатации печатных машин наиболее частое применение находят: раз личные линейки, штриховые измерительные приборы (штангенциркули, микрометры), меры, калибры, щупы, универсальные измерительные приборы (механические для рычага, лупы и т.д.).

Вторая и четвертая группы включают приборы для контроля теплотехнических, электрических и магнитных величин. Эти приборы применяются в различных областях производства, поэтому их количество и свойства многообразны. В полиграфии они широко используются для измерения температуры, влажности воздуха, напряжения и силы электрического тока и т. д., например различные термометры, гигрометры, вольтметры, амперметры и т.п.

К третьей группе относятся приборы для контроля и регулирования оптических и световых величин , среди которых особенно широкое применение находят денситометры.

Пятая группа объединяет приборы и устройства, предназначенные для контроля и измерения параметров технологических процессов, а также включает измерительные устройства, встроенные в полиграфические машины.

Вместе с устройствами регулирования приведения сюда относятся просмотровые аппараты, измерители толщины слоя краски, регуляторы вязкости и т.д.

Погрешности измерений Погрешность измерения - разность между полученными при измерении значению измеряемой величины и ее истинным значением:
Х = Х - Хd *.

Существуют несколько видов погрешностей.

По форме представления погрешности подразделяют на абсолютные и относительные.

Абсолютная погрешность измерения - разность между результатом измерения и условно истинным значением измеряемой величины:
Х = Х - Хd *.
где: Х - результат измерения;
Х * - условно истинное значение измеряемой величины.

Относительная погрешность измерения - отношение абсолютной погрешности измерения к условно истинного значения измеряемой величины: Х / Х *. D Х = d
Относительная погрешность часто выражается в процентах.

Пример: результат измерения ширины поля книги Х = 20 мм; истинное значение ширины поля Х *= 21 мм; абсолютная -5%. "Х = -1/21 d Х =- 1 мм; относительная погрешность.

Погрешности измерений в зависимости от того, завышают или занижают они результат измерений относительно истинного значения, делятся на положительные и отрицательные.

По характеру причин, их вызывающих, погрешности измерений подразделяются на систематические, случайные и грубые (промахи).

Систематическая погрешность измерений - составляющая погрешности , которая остается постоянной или прогнозируемо меняется в ряде измерений одной и той же величины. Причиной систематических погрешностей могут быть дефекты изготовления СИТ, неточность градуировки шкалы, износ деталей, особенности метода и т.п. Систематические погрешности сравнительно трудно установить, но их можно устранить или внести поправку. В зависимости от причин возникновения и характера их проявления систематические погрешности делятся на методические, инструментальные, личные.

Методическая (теоретическая) погрешность - это составляющая погрешности измерения, обусловленная неадекватностью объекта измерения его модели, принятой при измерении. Причиной могут быть неправильные теоретические предпосылки. Например измерение оптической плотности фотоформ, предназначенных для копирования под УФ-источником, с помощью обычного денситометра в неактиничном облучении, недостаточно правомерная экстраполяция. Сюда также можно отнести так называемые реактивные погрешности (неоднородность химического состава реактивов и т.д.).

Инструментальная (аппаратная) погрешность - составляющая погрешности измерения, обусловленная свойствами ЗСТ. Она состоит из по-погрешности СИТ и погрешности от их взаимодействия с объектом измерения. В полиграфии для проверки и настройки ряда приборов (например, денситометра) применяются эталоны (шкалы), старение которых может быть причиной систематической инструментальной погрешности.

Личностная (психологическая) погрешность - погрешность, которая является следствием индивидуальных особенностей оператора, его квалификации, отношения к работе. Такая погрешность возможна при опережении или запаздывании регистрации сигнала и в других случаях. В зависимости от характера изменения систематическая погрешность может быть постоянной, прогрессирующей (монотонно изменяется), периодической или изменяться по сложному закону.

Постоянная систематическая погрешность - погрешность, которая является постоянной по модулю и знаку при многократных измерениях различных величин. Она возможна, например, при неправильной установке начала отсчета, неправильной градуировки средств измерений, ее очень трудно определить.

Прогрессирующая систематическая погрешность - погрешность, которая изменяется (растет или уменьшается) как во время самого измерения, так и при многократном измерении величин. Она может возникнуть, например, вследствие старения ЗСТ, а также при медленном изменении питающего напряжения.

Периодическая систематическая погрешность - погрешность, значение которой повторяются с определенной периодичностью (например "биение" печатного цилиндра). Такая погрешность характерна для шкальных приборов, если ось указателя смещена относительно шкалы. Все остальные виды систематической погрешности принято называть погрешностями, которые изменяются по сложному закону. Они в зависимости от времени, вида измерительными-мой или влияет величины могут быть выражены аналитической функцией, графиком или таблицей.

Случайная погрешность измерения - составляющая погрешности, не прогнозируемо меняется (по знаку и значению) при повторных измерениях одной и той же величины. Случайная погрешность формируется под влиянием множества случайных факторов.

Промах - аномальный результат измерения, который имеет чрезмерную погрешность. Он должен быть исключен из результатов измерений. Причиной промахов могут быть: резкое колебание напряжения в электрической сети; неправомерное действие оператора, уровень его квалификации и т.п. В процессе измерений систематические и случайные погрешности действуют одновременно, поэтому учитывают суммарную погрешность: Хвипад, D Хсист + D Хсум = D где: Хвипад - систематическая иD Хсист, D случайная погрешность, соответственно. Учет возможных погрешностей позволит повысить точность расчетов при оценке качества полиграфической продукции.

Оценка результатов измерений Вследствие наличия случайных погрешностей результат измерений рассматривается как случайная величина, распределенная по нормальному закону.
Для анализа результата измерений определяются характеристики положения и рассеивания данной случайной величины:

1) выборочное среднее: Где хi - i-то значение измерения; n - количество измерений ;

2) выборочная дисперсия

3) исправлена выборочная дисперсия

4) выборочное среднеквадратичное отклонение

5) исправленное выборочное среднеквадратичное отклонение 6) доверительный интервал математического ожидания.

Алгоритм обработки результатов измерения с целью определения условно истинного значения измеряемой величины содержит следующие этапы.

1. Формирование ряда результатов измерений

2.Выявление грубых погрешностей (промахов) Довольно сложно понять, «аномальное» значение измерения следствием промаха или результатом рассеяния статистического ряда. Одним из методов обнаружения промахов является метод трех сигм: промахом считаются значения измерений, которые выходят за пределы доверительного интервала [m-3s, m +3 s] с соответствующей вероятностью 0,9973. Формула для расчета доверительного интервала при известном среднеквадратичному отклонения: D = s • z ( g ), где: s - среднеквадратическое отклонение; z - аргумент функции Лапласа, который определяется по соответствующей таблице для функции Лапласа Ф (z) : выбирается такое z, для которого выполняется условие Ф (z) = g / 2, где g - доверительная вероятность. z ( g = 0,9973) = 3. Отсюда: доверительный интервал случайной величины, соответствующий вероятности 0,9973, равна D = s • z ( g ) = 3 s . Если случайная величина совершаемая нормальному закону, то вероятность ее отклонения на величину более 3 s близка к нулю (p = 0,0027). Иными словами, практически достоверно, что нормальная случайная величина принимает значения в интервале [m-3 s , m +3 s ] (вероятность этого составляет 0,9973).

3. Определение и исключение систематической погрешности Способы определения систематической погрешности средства измерительной техники (СИТ): 1) измерения одной и той же величины разными методами или приборами с разным принципом действия; 2) измерение эталона с известным истинным значением измеряемой величины. Разница между средним арифметическим результатов измерений ( ) и значением степени (Хе) является систематической погрешностью СИТ (DС): Пример: Определить систематическую погрешность денситометра. Решение. Денситометром проводят несколько (6-7) измерений на поле эталонной шкалы. Из результатов измерений исключают грубые ошибки (промаха). Далее рассчитывают среднее арифметическое значение оптической плотности поля: Где хi - i-то значение измерения; n - количество измерений. Систематическая ошибка определяется по формуле: .

4. Оценка истинного значения измеряемой величины После исключения систематической погрешности и промахи определяют являются характеристики положения и рассеивания результатов измерений. Истинное значение измеряемой величины соответствует математическому ожиданием результатов измерений. приближенных (точечной) оценкой математического ожидания (а значит, и истинного значения измеряемой величины) является выборочное среднее , т.е. сред-нее арифметическое результатов измерений. Где: xi = yi - DC Yi - выходной результат i-го измерения, искаженный под влиянием систематической погрешности; xi - результат i-го измерения после устранения систематической погрешности; C - значение систематической погрешности; n - количество измерений.

Интервальной оценкой математического ожидания является его доверительный интервал.

Доверительный интервал математического ожидания случайной величины - это интервал, с большой (заданной) вероятностью содержит значение математического ожидания:

Величина доверительного интервала, так и от объема выборки n: gзалежить как от доверительной вероятности где:

s - выборочное среднеквадратичное отклонение;

t - коэффициент Стьюдента, который выбирается из соответствующей таблицы в зависимости от значения доверительной вероятности. g

Исходя из приведенной формулы, можно определять количество измерений, необходимых для достижения заданной точности: Описанный алгоритм позволит найти истинное значение измеряемой величины.

  • Категории раздела:
  •      Другое
  • Смотрите также:
  •  



    Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору! 
    Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник
    Яндекс.Метрика